Bosch Termotechnika a vodík (H₂) ve vytápění

V úterý 17. 11. proběhl webinář expertů organizovaný centrálou společnost Bosch Termotechnika k problematice uplatnění vodíku ve vytápění. Společnost deklarovala, že je na bezuhlíkovou budoucnost připravena, včetně přechodné fáze kombinace zemního plynu a vodíku se sníženou uhlíkovou stopou. Jednou z forem je využití palivových článků. Pro nejširší použití, i vzhledem k investičním nákladům, však půjde především o použití plynových kotlů, které mohou spalovat směs zemního plynu a vodíku až do koncentrace 20 % vodíku a souběžně, nebo následně o kotle spalující již jen čistý vodík.

Otázka proto nyní nestojí tak, zda je oblast vytápění na vodík připravena. Ale kdy, jak a v jaké ceně bude plynné palivo s obsahem vodíku běžně dostupné? To je zásadní úkol pro vlády států, pro legislativce, technické odborníky atd., aby co nejrychleji vytvořili obecně platné předpisy, které přechod na nová paliva umožní.

V případě plynových kotlů nezasahuje záměna paliva zásadně do jejich konstrukce. Podle vyjádření expertů jde o konstrukce velmi podobné. Lze uvažovat s tzv. plug-in výměnnými systémy, kterými by se ve starších kotlích Bosch nahradily systémy schopné spalovat jen zemní plyn, jako ekonomicky nejvýhodnější varianta do ukončení jejich životnosti. Používá se velmi podobný hořák, odlišný energetický obsah plynu se řeší změnou plynové trysky. Kvalitu spalovacího procesu řídí v podstatě stejná elektronika jako v dnešních špičkových plynových kondenzačních kotlích.

Pohled na testovaný hořák spalující směs zemního plynu a 23 % vodíku

Počítá se s tím, že vedle budování sítí rozvodu čistého vodíku bude ve stávajících sítích z části nahrazován zemní plyn s jeho hlavní složkou plynem metanem jak vodíkem, tak biometanem nebo synteticky vyráběným metanem s využitím obnovitelných zdrojů energie. Proto je nutné jít po dvou kolejích, tedy počítat jak s čistým vodíkem, tak směsí metanu a vodíku.

První prototypy kotle H2 Ready s nominálním tepelným výkonem 30 kW byly na zkušebních zařízeních Bosch Thermotechnik v britském městě Worcester provozovány již od roku 2017. V současnosti je základní vývoj prakticky dokončen a je možné přejít k ověřovacím testům v terénu.

Kotel H2 Ready lze zpočátku provozovat s běžným zemním plynem nebo jeho směsí s vodíkem až do 20 procent. Jakmile by byla dokončena celonárodní přeměna sítě, lze vodíkový kotel pomocí několika úprav převést na plné využití čistého vodíku během jedné hodiny. V podstatě by šlo o obdobný proces k procesu přechodu ze svítiplynu na zemní plyn.

Provoz kotle H2 Ready je velmi obdobný jako u běžného plynového kondenzačního kotle. Důležitý rozdíl spočívá ve zdroji energie. Vodík lze na rozdíl od elektřiny skladovat neomezeně dlouho, což spotřebitelům zaručuje jeho stálou dostupnost.

Přechod z běžného plynového kondenzačního kotle na H2 Ready kotel v budově nevyžaduje žádná další modernizační opatření. Ochrana klimatu nijak neohrožuje zavedený vysoký komfort vytápění. Vodíkový kotel od společnosti Bosch dokáže rychle reagovat na povětrnostní a uživatelské kolísavé požadavky na vytápění a je stejně účinný jako konvenční plynový kondenzační kotel. Rozměry kotle H2 Ready jsou srovnatelné se současnými plynovými kondenzačními kotli, což je velká výhoda, zejména v domech s malým prostorem pro technická zařízení budov.

Podle názoru expertů webináře se dá předpokládat, že „vodíková“ legislativa bude připravena do roku 2025, kdy se rozběhnou plošné demo testy H2 Ready kotlů se směsí metan – vodík. Plošné testy kotlů na 100 % vodík lze předpokládat okolo roku 2030, jak bude dostupný v plynovodech.

Vývoj i testování H2 Ready kotlů Bosch je cíleně prováděno ve Velké Británii. V ní existují hustě osídlené oblasti s řadovými rodinnými domy nyní využívajícími zemní plyn, které lze snadno převést na přírodnější zdroj energie.

Využití vodíku jako paliva má zásadní přednosti i mimo oblast bydlení. Jedná se o mnoho průmyslově využívaných technologií, které vyžadují teploty v rozmezí 110 až 300 °C. Příkladem může být sektor zpracování potravin, pekárny, procesy sušení, vypalování laku na automobilech aj. Tyto teploty by se s využitím jiných technologií založených na obnovitelných zdrojích energie získávaly velmi složitě. Například by muselo jít o kaskády tepelných čerpadel a použití speciálních chladiv. Solární tepelná technika má nevýhodu okamžité závislosti na intenzitě slunečního záření. Udržování teplot pomocí spalování vodíku se v tomto případě jeví jako zásadní krok k uhlíkové neutralitě. Podobně jako v oblasti bydlení, tak i pro průmyslové použití již existují kotle H2 Ready a úspěšně jsou provozovány první pilotní projekty, například i v oblasti parního hospodářství s výrobní kapacitou i desítek tun páry za hodinu (Švýcarsko, Rusko, Německo).

S dekarbonizací výroby tepla pro vytápění a technologické procesy spalováním vodíku souvisí řada opatření

Spalování vodíku znamená na jedné straně vytěsnění emisí CO₂ vodními parami. Na druhé straně s ním souvisí zvýšení průtoku plynu vzhledem k 1/3 objemové hustotě vodíku vůči metanu. Zvýšení teploty plameny na cca 2 000 °C se může projevit zvýšenou tvorbou emisí NOx. Je nutné zvýšení bezpečnosti zacházení s plynem a instalace specifických bezpečnostních prvků a také použití speciálních materiálů vzhledem k vyšším difuzním schopnostem pronikání vodíku i skrz kovy a možnému křehnutí materiálů. Bosch má řešení, které je založeno na sledování emisí NOx vznikajících při vysokých spalovacích teplotách a řízení tak, aby byly splněny emisní limity. Důležité je zpomalení procesu zapalování hořáku, které odstraňuje nebezpečí výbuchu. A bezpečnost garantuje i použití bezpečnostní výstroje reagující na odlišné vlastnosti vodíku oproti metanu.

Je zřejmé, že na masivní využití vodíkových technologií si musíme ještě počkat. Využití vodíku je jedním ze základních pilířů budoucí energetické strategie Evropské unie a společnost Bosch Termotechnika dokumentuje, že příprava spotřebitelského stupně, tedy sektoru bydlení i průmyslu, je již dnes na vysokém stupni. A co je pro nejširší veřejnost spokojeně využívající plynové kotle nejpodstatnější, tak i v budoucnosti se těchto technologií nebudou muset vzdát.